Gestalten eines PRAP

Grundsätze zum Gestalten eines PRAP

Da der PRAP ein Steuerungsmodell eines Teilprozesses (TP)^[1] ist, gehören zu ihm Prozeß- und Operations-Variable^[2], die Sie möglichst schon benennen sollten. Die konkreten, technologisch relevanten Variablenbezeichner sind Instanzen oder Unikaten^[3] vorbehalten. Demnach kann ein PRAP nur ein Typ^[4] oder ein Unikat sein. Ist er ein Typ, dann gestalten Sie die Variablenbenennungen allgemeiner, aber immer technologisch sinnvoll und ohne Abkürzungen.
Anfangsoperation festlegen! Jede Operation^[5] wird durch ein liegendes Rechteck dargestellt. Die Bezeichnung der Operation (=Statement) sollte den technologischen Inhalt ausdrücken.

Folgeoperationen nach dieser Anfangsoperation überlegen.
Unter Folgeoperation ist stets der unmittelbare Nachfolger zu einer betrachteten (Anfangs-)Operation zu verstehen.
Die Anzahl der Folgeoperationen zu einer betrachteten ist theoretisch unbegrenzt.
Operationsvariable^[6] und deren Wertung eintragen.
ist ein Beispiel dafür, daß in der betreffenden Operation die Beleuchtung eingeschaltet wird, die Wertung wird durch den "Haken" markiert. Soll in der darauf folgenden Operation die Beleuchtung ausgeschaltet werden, ist die Wertung zu ändern, also "kein Haken". Anderenfalls bleibt auch in der Folgeoperation die Beleuchtung eingeschaltet.
Welche Prozeßzustandsvariablen gehören zum Übergang Anfangsoperation => Folgeoperation?
Jede Prozeßzustands-Variable^[7] wird durch ein liegendes "Langrund" (kein Rechteck sondern rechts und links abgerundet) dargestellt, eine sog. Bedingung (=Condition). Den Übergang bilden alle Bedingungen zwischen den beiden Operationen mit einer der zugelassenen Aussagen Ja oder Nein und bilden damit einen Pfad.
Jeder Pfad Pjkp zwischen zwei Operationen Oj und Ok ist ein Teil p des Übergangs-Prozeßzustandes Pjk.^[8]

EMPFEHLUNG:
In jedem Pfad sollte möglichst jede Prozeßvariable nur einmal verwendet werden.
Ist eine Prozeßgröße nicht erfaßbar, kann sie durch einen Zeit- oder Zählbaustein ersetzt (simuliert) werden. In vielen Fällen kann auf das Ersetzen der Prozeßgröße durch Zeit- oder Zählbausteine verzichtet werden, wenn man einen physikalischen Zusammenhang geschaffen hat, der die erwartete Prozeßgröße zu berechnen gestattet bzw. eindeutig abbildet.
Beim Übergang von einer Operation Oj zur Folgeoperation Ok können sich beliebig viele der Operationsvariablen bezüglich ihrer Bewertung ändern. Zu beachten ist dabei, daß immer alle zum PRAP gehörenden Operationsvariablen in Betracht gezogen werden!
Außer den Übergangsprozeßzuständen Pjk (j <> k), gibt es auch solche, bei denen j=k ist, die sogenannten Stabilitäts-Prozeßzustände Pjj.^[9] Sie sind die Voraussetzung dafür, daß die in jeder Operation Oj eingetragenen Operationsvariablen an den Prozeß ausgegeben werden. Oj und Pjj gehören als Paar zeitlich zusammen, und es muß gelesen werden:
Solange Pjj erfüllt ist, wird Oj ausgeführt.

Tipp

Der Grundsatz "Solange Pkk erfüllt ist, wird Ok ausgeführt" enthält eine Ausnahme. Im ersten Verarbeitungs-Zyklus während eines Übergangs von einer Operation der Situation Sj zu einer anderen der Situation Sk erfolgt die Ausgabe der zugehörigen Signale auch dann, wenn Pkk zu Ok nicht erfüllt ist. Im nächsten Verarbeitungszyklus wird die dann folgende Situation erreicht.
Damit wird gewährleistet, daß Koppelsignale ausgegeben werden, auch in einem solchen instabilen Fall der Sk. Andererseits können Sie sich diesen "Effekt" nutzbar machen.

^[1] Teilprozeß, kurz TP, heißt jede Einheit aus dem gesamten Steuerungsbereich (im Prozeßzerlegungsgraphen zu erkennen) eines Prozesses.
Ist ein Teilprozeß durch einen PRAP beschrieben, so stellt der PRAP eine Teilprozeßbeschreibung dar. Dabei sind die Variablen formaler Natur, sind also nicht mit direkten Adressen verbunden. Der PRAP ist daher der Typ des TP, dessen Variable jedoch adressiert bzw. Konstante sind. Sie heißen aktuale Parameter, weil sie für den TP speziell gelten. Jeder TP ist demnach eine Instanz des PRAP.
Auch eine Stabilisierungsaufgabe für eine oder mehrere Prozeßgrößen, also eine Regelungsaufgabe, ist ein Teilprozeß, der z.B. durch ein PID-Modell beschrieben wird.
Jeder PRAP muß einen einmaligen Namen pro Ressource haben. Jeder Teilprozeß als Instanz eines Typen-PRAP muß einen einmaligen Namen in "seinem" PROGRAM haben. Er muß im Prozeßzerlegungsgraphen - PZG - dieser Ressource enthalten sein.
Wichtige Eigenschaft eines TP:
Jeder Teilprozeß aus dem PZG ist als Instanz oder als Unikat zu verstehen. Zu jedem Teilprozeß gehört eine Anzahl Eingangssvariable und Ausgangsvariable. In keinem anderen Teilprozeß des Teil-Projektes, also innerhalb einer Ressource, darf es dieselben Ausgangsvariablen, im Blick auf die Instanz - dieselben Ausgangsvariablen mit direkten Booleschen Adressen - nicht nocheinmal geben! Mengentheoretisch bedeutet dies, daß die Schnittmenge der Mengen der Ausgangsvariablen zweier TP leer ist.
Die durch arithmetische oder Kopier-Ausdrücke sich ergebenden Ausgangsvariablen dürfen in mehreren Instanzen dann gleich sein, wenn sie nicht innerhalb eines Arbeitszyklus' der Steuereinrichtung "geschrieben" werden.

^[2] Variable
sind veränderliche Größen, Parameter, die funktionell in PRAP und dort eingebetteten Funktionen verarbeitet werden. Jede Variable sollte eine technologisch sinnvolle Bezeichnung (STATEMENT) und MUSS eine Identifikation, ein Kurzzeichen (IDENTIFICATION, NAME)haben.
Zu jeder Variablen gehört zwingend ein Datentyp, wodurch die binäre Darstellung vorgegeben ist.
Die Verwendung der Variablen (USAGE) ist durch den Projektanten zu überprüfen. Insbesondere sind lokale Variable im PRAP zu deklarierbar. Diese nur für die funktionellen Eigenschaften im PRAP zuständig und nutzbar.
Globale Variable sind dagegen in der Konfiguration, der Ressource und im Programm zu deklarieren.

^[3]Ein PRAP, der keine Variablendeklaration benötigt, enthält ausschließlich direkte Adressen. Das bedeutet aber, es gibt ihn nur in dieser Form einmalig. Beispiele hierfür sind Koordinierungs-Teilprozesse, die speziell für eine Technologie gelten. Auch Teilprozesse der Mensch-Maschine-Kommunikation tragen häufig diesen einmaligen Charakter.
Die Norm IEC 1131-3 gestattet solche Unikate nicht, weil innerhalb eines FUNCTION BLOCK keine Hardware-Adressen zulässig sind! Das gilt ebenso für C/C++. Folglich muß ein Typ entworfen werden, dem eine einzige Instanz zuzuordnen ist. Dann ist diese Instanz ein Unikat.

^[4] Typenprozeßablaufpläne (TTP), auch Typen-PRAP,
sind Funktionstypen, deren Variablen - zum Teil oder vollständig - keine direkten Adressen haben. Sie werden hauptsächlich bei sich strukturell wiederholenden Teilprozessen eingesetzt, wie z.B.
Antriebsteilprozesse,
Alarmteilprozesse,
Signalisierungsteilprozesse.
Die internationale Norm IEC 1131-3 und C/C++ gestatten keine direkten Adressen in Typen-Funktionsbausteinen. Das bedeutet, auch bei Unikat-TP (TP-PRAP) muß ein Typ entworfen werden, dem genau eine Instanz zugeordnet wird.
Zwei Typen-TP dürfen die gleichen Variablenbezeichner (Statements) haben, weil die Variablen an den TTP gebunden sind (Kapselung).

^[5] Eine Operation enthält alle zu einem Teilprozeß gehörenden, binär bewerteten Operationsvariable (kurz: OVar, auch Steuervariable genannt). Zu jeder Operation gehört eine zu ihr gehörende Wertebelegung. Jede Operation ist daher ein Binärvektor.
Sie sollten auch einen Text in eine Operation schreiben (=Comment), um dem Leser des PRAP eine Art Schrittbezeichnung anzubieten, die Auskunft über den technologisch wesentlichen Sinn der Operation gibt.

^[6] Operationsvariable sind binär zu wertende Größen. Sie können sein:

Stellgrößen für alle prozeßtechnologischen Eingriffe:
Ein- und Ausschalten. Öffnen und Schließen.
Einschalten und nicht Einschalten. Ausschalten und nicht Ausschalten.
Öffnen und nicht Öffnen. Schließen und nicht Schließen.
Informationen an den Operateur im Rahmen der MAK
Ansteuersignale für Zeit- und Zählglieder, Programmgeber, Schieberegister, usw.
Erzeugte Koppelvariable zur funktionellen Beeinflussung anderer Teilprozesse.

^[7] Prozeßzustandsvariable (kurz Prozeßvariable oder p-Var) stellen die mit ja/nein bzw. Yes / No (binär) bewerteten Ausgangsvariablen eines (Teil-)Prozesses, auch als Prozeßgrößen bezeichnet, dar. Es handelt sich um

natürliche, technologisch notwendig zu erfassende Zustandsveränderungen von Produkten, Energien, Informationen usw.
Informationen vom den Prozeß bedienenden Menschen (Operateur).
Reaktionen von Zeit- und Zählgliedern auf Grund ihrer Ansteuerung.
Ergebnisaussage einer Vergleicherfunktion
natürliche und erzeugte Koppelvariable aus anderen Teilprozessen, den "Empfang" von Steuerinformationen im Rahmen der Koppelbeziehungen.

^[8]Ein Pfad allein oder mehrere Pfade bilden einen Übergangsprozeßzustand =Transition (kurz Übergangszustand). Er stellt den Übergang zwischen der Operation Oj und deren Folgeoperation Ok dar. Jeder Übergangszustand enthält die für den Übergang signifikanten Prozeßvariablen in geeigneter Bewertung und Verkettung, so daß die sich ergebende Aussage für jeden Pfad des Übergangszustandes eindeutig begründet und zu jedem anderen widerspruchsfrei ist.

^[9] Prozeßsituation
Für die Dauer der Ausführung einer Operation, z.B. O7, ändert sich deren Halte- oder Stabilitäts-Prozeßzustand, P77, nicht. Enthält er im PRAP mehrere Pfade, so kann es sein, daß zwischen ihnen die Belegung der P-Variablen während der Situationsdauer wechselt.
Die beiden zusammengehörigen Größen Operation und Halteprozeßzustand stellen eine Prozeßsituation Sit7 = (O7, P77) dar, auch kurz mit Situation bezeichnet.
Übergangssituationen gibt es nicht, nur Übergangs-Prozeßzustände,weil die Übergangsdauer zwischen Situationen im PRAP null ist. Die Steuereinrichtung benötigt dazu genau einen Arbeitszyklus.
Eine Situation kann auch als WHILE P77 DO O7 gelesen werden, oder REPEAT O7 UNTIL(P77 = false)